Это единственные современные животные, чьё тело сверху покрыто панцирем, образованным кожным окостенением. Панцирь составляют головной, плечевой и тазовый щиты и ряд обручевидных полос, опоясывающих тело сверху и с боков. Части панциря связаны между собой эластичной соединительной тканью, придающей подвижность всему панцирю. Поверх панциря лежат тонкие роговые пластинки квадратной или полигональной формы, образованные эпидермисом. Такие же щитки образуют броню на конечностях; хвост покрыт костяными кольцами. Живот и внутренние части лап у броненосца мягкие, незащищённые, покрытые жесткими волосами. Волоски также растут между костными пластинками; иногда пронизывают и роговые чешуйки. Окраска панциря меняется от коричневой до розовой, волос — от серовато-коричневой до белой.

Телосложение у броненосцев приземистое, тяжелое. Длина тела от 12,5 (плащеносные броненосцы) до 100 см (гигантский броненосец); масса от 90 г до 60 кг. Длина хвоста от 2,5 до 50 см. Морда короткая и треугольная, либо вытянутая. Глаза довольно маленькие, с толстыми веками. Конечности короткие, но сильные, приспособленные к рытью. Передние лапы 3—5-палые с мощными, острыми, изогнутыми когтями, задние 5-палые. Череп уплощен в дорсо-вентральном направлении. Ни у одного семейства млекопитающих нет такого изменчивого количества зубов — от 28 до 40 (у гигантского броненосца — до 90). Число зубов различается не только у разных видов, но и у разных особей. Зубы у броненосцев небольшие, без эмали и корней, одинаковой цилиндрической формы. Растут постоянно. Язык у многих видов длинный и клейкий, служит для захвата пищи. У броненосцев хорошо развиты обоняние и слух, но плохо — зрение. Они не различают цветов. Обмен веществ снижен; температура тела зависит от внешней среды и может опускаться с 36° до 32 °C. Отрицательных температур эти животные не переносят, что ограничивает их распространение к полюсам.